我国电动汽车关键零部件发展综合分析(下)

关键功率电子元件IGBT

1 1IGBT简介

（1） IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种由BJT（Bipolar Transistor）和MOS（Insulate Gate Field Effect Transistor，双极型功率晶体管的饱和电压低、电流处理能力强。

（2） IGBT模块由一个或多个安装在绝缘基板上的IGBT芯片组成，绝缘基板固定在铜基板上散热。为了便于系统的组装，并保持模块内外的引线电感最小，还在模块中安装了续流二极管。

（3） IGBT的主要应用领域包括工业控制、消费电子、计算机和网络通信等。电动汽车是IGBT的一个新应用领域，对IGBT提出了新的要求。

汽车IGBT的环境条件和可靠性要求见表5~4。工业级IGBT与车载级IGBT的可靠性要求比较见表5~5。

2.国外的发展传统IGBT制造商主要集中在欧洲、美国和日本。

其中，英飞凌、富士电气、三菱电气、西门康等企业专门研究并成功推出了汽车IGBT产品，能够满足电动汽车的需求，已广泛应用于电动汽车。

（1） 英飞凌推出了用于电动汽车的混合动力PACK系列IGBT模块。目前有混合动力PACKl和混合动力PACK2两种产品，最大功率分别为20kW和80kW，分别适用于轻型和全混合动力汽车。此外，Prime PACK系列IGBT模块可以满足更高的功率要求，可用于卡车和公共汽车。

（2） 富士电机产品应用于丰田混合动力凯美瑞，其产品适用于10kW~120kW的驱动电机系统。

（3） IGBT模块主要由三菱电气生产，分立器件由瑞萨半导体（三菱电气和日立的合资企业）生产。其汽车IGBT产品已应用于本田和丰田的混合动力汽车。

（4） Semikron公司推出的无焊IGBT模块采用英飞凌芯片，适用于电动汽车22~150kW的电机控制器。

3.中国的发展现状

（1） 中国的主要企业刚刚开始以外包IGBT芯片为主的传统工业标准模块封装。主要企业包括江苏宏伟、南京银茂、嘉兴斯达尔、威海星佳和厦门宏发。此外，一些产业链下游企业通过收购的方式介入功率半导体器件，如比亚迪、南车时代等。一些企业已经开始研究用于车辆的大功率IGBT模块。

（2） 研发能力IGBT的核心技术包括芯片和模块封装。企业基本具备IGBT芯片的设计能力，但缺乏制造能力，产业化需要时间；通过引进国外设备和归国人才，企业已基本具备模块设计、封装、检测和分析能力，可以实现IG-BT模块的自主生产。

（3） 产品情况现阶段，我国IGBT模块普遍集中在600V和1200V。电压等级较高的产品正在开发中，主要应用领域为工业变频器、焊机和感应加热。目前，产品尚未完全被国内客户接受，正处于市场客户的认证期。企业也更加关注电动汽车领域，研发用于汽车的IGBT模块。最近，只有少数原型被应用，其工业化需要在产品技术上提高，并在市场上培育。

4.我国IGBT的主要问题

（1） IGBT芯片完全进口，关键技术被国外大公司垄断，难以在国内实现突破和降低成本。

（2） 工业产品的可靠性和稳定性与国外仍有一定差距；

汽车IGBT基本处于研发阶段，在可靠性和电磁兼容性方面存在较大问题。

（3） 我国大功率器件的研发水平与国外有很大差距。近期，各类企业研发实力较弱，开发人才以“海归”为主。

（4） 现有标准仅用于特定用途，缺乏汽车IGBT标准，不适合工业化。

对我国电动汽车关键零部件发展的建议

1.主要问题通过综合分析，我国电动汽车关键零部件存在的主要问题总结如下：

（1） 电动汽车零部件制造商对进入电动汽车行业持谨慎态度。它们主要依赖传统产品的利润和电动汽车关键零部件的国家科研基金，研发和产业化后续投入的缺乏将直接影响零部件的产业化发展。

（2） 目前，在国内产业联盟中，汽车制造商和零部件工厂之间的技术合作并不紧密，跨行业协同发展困难。大多数产业联盟实际上并没有合作。

（3） 零部件企业缺乏研发能力和核心研发人才，尤其是隔膜材料、电池系统集成、电力电子和电机控制系统等领域的专业人才。

（4） 国内零部件制造设备制造商技术实力较弱，部分关键生产设备依赖进口，导致投资成本增加，影响工业化进程。

（5） 同一零部件的标准体系不完善，尤其是关键电池材料、电池、电机、IGBT等，影响了行业的健康发展。

（6） 电动转向、电动空调、电动真空辅助制动等电动辅助系统尚未实现产业化，仍需进行产业化研究。

2.发展建议

（1） 国家应切实加大财政支持力度，组织开展联合研究。

实施动力电池性能突破计划，重点支持新型动力电池和材料的开发，努力掌握高比能、低成本的电池技术；增强驱动电机系统关键部件的研发能力，提高产品集成水平和电机系统性能；共同攻克车辆控制器开发中的共性技术，搭建共性技术平台，积累数据；

大规模持续投资IGBT产业，支持车载IGBT芯片和模块的研发。

（2） 国家应当设立专项资金，支持有条件、有实力的零部件企业实现产业化。

聚焦产业基础好、科技研发能力强、产业化能力强的企业，支持动力电池系统、驱动电机系统、车辆控制器硬件、基础材料、IGBT及相关生产设备的研发和生产，特别是建设汽车动力电池和汽车电机专用生产线，实现产品自主，支持电动汽车产业化发展。

（3） 积极寻求创新合作模式，建立适当的产业联盟。

建议整车企业和零部件企业成立合资企业，形成有效的商业模式，以车带动零部件产业化发展，有利于形成整车供应体系。国家应当对此类合资企业给予专项资金支持或税收优惠政策。

（4） 采取人才引进和培训双管齐下的措施，逐步解决人才短缺问题。

国家应鼓励企业引进外国人才，企业应与大学共同培养相关专业人才。尤其是电池隔膜、IGBT等高端研发人才严重短缺。

（5） 建议相关部门牵头，联合汽车及零部件重点企业，共同制定和修订零部件标准，完善零部件标准体系。

① 对于动力电池，要重点提高材料、电池、模块和系统的技术性能和安全标准，建立健全评价体系。同时，应根据动力电池产品的特殊性，考虑电池制造商、车辆制造商和消费者的利益，提高售后服务要求，并规定适当的产品质量保证期。

② 对于驱动电机，应尽快提高驱动电机系统的标准，特别是系统可靠性、耐久性预测和快速评估方法的标准。

③ 对于车辆控制器，应共同制定相关的基础标准，特别是接口标准和网络通信协议标准，以提高车辆控制器的通用性。

5对于5IGBT，应在行业发展初期对行业标准进行标准化，为后续发展奠定基础。

3.发展目标

（1） 到“十二五”末，关键零部件及其原材料的研发和生产将基本实现自主。

（2） 形成相对完整的产业链，以满足电动汽车产业化的需要。

（编辑：李燕郊）关键功率电子元件IGBT

1 1IGBT简介

（1） IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种由BJT（Bipolar Transistor）和MOS（Insulate Gate Field Effect Transistor，双极型功率晶体管的饱和电压低、电流处理能力强。

（2） IGBT模块由一个或多个安装在绝缘基板上的IGBT芯片组成，绝缘基板固定在铜基板上散热。为了便于系统的组装，并保持模块内外的引线电感最小，还在模块中安装了续流二极管。

（3） IGBT的主要应用领域包括工业控制、消费电子、计算机和网络通信等。电动汽车是IGBT的一个新应用领域，对IGBT提出了新的要求。

汽车IGBT的环境条件和可靠性要求见表5~4。工业级IGBT与车载级IGBT的可靠性要求比较见表5~5。

2.国外的发展传统IGBT制造商主要集中在欧洲、美国和日本。

其中，英飞凌、富士电气、三菱电气、西门康等企业专门研究并成功推出了汽车IGBT产品，能够满足电动汽车的需求，已广泛应用于电动汽车。

（1） 英飞凌推出Hybrid PACK系列IGBT模块用于电子……

电动汽车。目前有混合动力PACKl和混合动力PACK2两种产品，最大功率分别为20kW和80kW，分别适用于轻型和全混合动力汽车。此外，Prime PACK系列IGBT模块可以满足更高的功率要求，可用于卡车和公共汽车。

（2） 富士电机产品应用于丰田混合动力凯美瑞，其产品适用于10kW~120kW的驱动电机系统。

（3） IGBT模块主要由三菱电气生产，分立器件由瑞萨半导体（三菱电气和日立的合资企业）生产。其汽车IGBT产品已应用于本田和丰田的混合动力汽车。

（4） Semikron公司推出的无焊IGBT模块采用英飞凌芯片，适用于电动汽车22~150kW的电机控制器。

3.中国的发展现状

（1） 中国的主要企业刚刚开始以外包IGBT芯片为主的传统工业标准模块封装。主要企业包括江苏宏伟、南京银茂、嘉兴斯达尔、威海星佳和厦门宏发。此外，一些产业链下游企业通过收购的方式介入功率半导体器件，如比亚迪、南车时代等。一些企业已经开始研究用于车辆的大功率IGBT模块。

（2） 研发能力IGBT的核心技术包括芯片和模块封装。企业基本具备IGBT芯片的设计能力，但缺乏制造能力，产业化需要时间；通过引进国外设备和归国人才，企业已基本具备模块设计、封装、检测和分析能力，可以实现IG-BT模块的自主生产。

（3） 产品情况现阶段，我国IGBT模块普遍集中在600V和1200V。电压等级较高的产品正在开发中，主要应用领域为工业变频器、焊机和感应加热。目前，产品尚未完全被国内客户接受，正处于市场客户的认证期。企业也更加关注电动汽车领域，研发用于汽车的IGBT模块。最近，只有少数原型被应用，其工业化需要在产品技术上提高，并在市场上培育。

4.我国IGBT的主要问题

（1） IGBT芯片完全进口，关键技术被国外大公司垄断，难以在国内实现突破和降低成本。

（2） 工业产品的可靠性和稳定性与国外仍有一定差距；

汽车IGBT基本处于研发阶段，在可靠性和电磁兼容性方面存在较大问题。

（3） 我国大功率器件的研发水平与国外有很大差距。近期，各类企业研发实力较弱，开发人才以“海归”为主。

（4） 现有标准仅用于特定用途，缺乏汽车IGBT标准，不适合工业化。

对我国电动汽车关键零部件发展的建议

1.主要问题通过综合分析，我国电动汽车关键零部件存在的主要问题总结如下：

（1） 电动汽车零部件制造商对进入电动汽车行业持谨慎态度。它们主要依赖传统产品的利润和电动汽车关键零部件的国家科研基金，研发和产业化后续投入的缺乏将直接影响零部件的产业化发展。

（2） 目前，在国内产业联盟中，汽车制造商和零部件工厂之间的技术合作并不紧密，跨行业协同发展困难。大多数产业联盟实际上并没有合作。

（3） 零部件企业缺乏研发能力和核心研发人才，尤其是隔膜材料、电池系统集成、电力电子和电机控制系统等领域的专业人才。

（4） 国内零部件制造设备制造商技术实力较弱，部分关键生产设备依赖进口，导致投资成本增加，影响工业化进程。

（5） 同一零部件的标准体系不完善，尤其是关键电池材料、电池、电机、IGBT等，影响了行业的健康发展。

（6） 电动转向、电动空调、电动真空辅助制动等电动辅助系统尚未实现产业化，仍需进行产业化研究。

2.发展建议

（1） 国家应切实加大财政支持力度，组织开展联合研究。

实施动力电池性能突破计划，重点支持新型动力电池和材料的开发，努力掌握高比能、低成本的电池技术；增强驱动电机系统关键部件的研发能力，提高产品集成水平和电机系统性能；共同攻克车辆控制器开发中的共性技术，搭建共性技术平台，积累数据；

大规模持续投资IGBT产业，支持车载IGBT芯片和模块的研发。

（2） 国家应当设立专项资金，支持有条件、有实力的零部件企业实现产业化。

聚焦产业基础好、科技研发能力强、产业化能力强的企业，支持动力电池系统、驱动电机系统、车辆控制器硬件、基础材料、IGBT及相关生产设备的研发和生产，特别是建设汽车动力电池和汽车电机专用生产线，实现产品自主，支持电动汽车产业化发展。

（3） 积极寻求创新合作模式，建立适当的产业联盟。

建议整车企业和零部件企业成立合资企业，形成有效的商业模式，以车带动零部件产业化发展，有利于形成整车供应体系。国家应当对此类合资企业给予专项资金支持或税收优惠政策。

（4） 采取人才引进和培训双管齐下的措施，逐步解决人才短缺问题。

国家应鼓励企业引进外国人才，企业应与大学共同培养相关专业人才。尤其是电池隔膜、IGBT等高端研发人才严重短缺。

（5） 建议相关部门牵头，联合汽车及零部件重点企业，共同制定和修订零部件标准，完善零部件标准体系。

① 对于动力电池，要重点提高材料、电池、模块和系统的技术性能和安全标准，建立健全评价体系。同时，应根据动力电池产品的特殊性，考虑电池制造商、车辆制造商和消费者的利益，提高售后服务要求，并规定适当的产品质量保证期。

② 对于驱动电机，应尽快提高驱动电机系统的标准，特别是系统可靠性、耐久性预测和快速评估方法的标准。

③ 对于车辆控制器，应共同制定相关的基础标准，特别是接口标准和网络通信协议标准，以提高车辆控制器的通用性。

5对于5IGBT，应在行业发展初期对行业标准进行标准化，为后续发展奠定基础。

3.发展目标

（1） 到“十二五”末，关键零部件及其原材料的研发和生产将基本实现自主。

（2） 形成相对完整的产业链，以满足电动汽车产业化的需要。

（编辑：李燕郊）

标签：丰田三菱本田比亚迪凯美瑞

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